位置敏感探測(cè)器綜合實(shí)驗(yàn)儀的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種位置敏感探測(cè)器綜合實(shí)驗(yàn)儀，包括探測(cè)器調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、信號(hào)處理電路和LCD顯示器；其中，探測(cè)器調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括安裝座，安裝座的一端設(shè)有手動(dòng)平移臺(tái)，其上設(shè)有接桿，接桿上固定有激光器；安裝座的另一端固定有位置敏感探測(cè)器，激光器產(chǎn)生激光信號(hào)照射到位置敏感探測(cè)器上，位置敏感探測(cè)器的兩路信號(hào)線通過(guò)信號(hào)線接口與信號(hào)處理電路連接。本實(shí)用新型能夠?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單、直觀、快速、準(zhǔn)確的定位跟蹤目標(biāo)，可引導(dǎo)學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)原理，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力。
【專利說(shuō)明】位置敏感探測(cè)器綜合實(shí)驗(yàn)儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種位置敏感探測(cè)器綜合實(shí)驗(yàn)儀。

【背景技術(shù)】
[0002]位置敏感探測(cè)器(Posit1n Sensitive Detector, PSD),是一種對(duì)入射到光敏面上光斑的能量中心位置敏感的光電器件。相對(duì)于其他類型的光電傳感器，PSD的主要優(yōu)點(diǎn)在于它是無(wú)盲區(qū)的連續(xù)性器件，并且存在無(wú)需額外的器件就可以做成大面積系統(tǒng)的可能性。位置敏感探測(cè)器被廣泛應(yīng)用于需求低成本或高速位置檢測(cè)的商業(yè)和工業(yè)中，比如非接觸式距離測(cè)量、激光光束準(zhǔn)直和物體的光電跟蹤等場(chǎng)合，也應(yīng)用于精密光學(xué)準(zhǔn)直方面，比如生物醫(yī)療應(yīng)用、機(jī)器人、過(guò)程控制和位置信息系統(tǒng)等。但是，目前針對(duì)高等院校應(yīng)用物理、光電信息科學(xué)與工程、電子科學(xué)與技術(shù)、測(cè)繪工程、機(jī)械電子工程、測(cè)控技術(shù)與儀器等理工科專業(yè)的位置敏感探測(cè)器實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器，大都功能簡(jiǎn)單、價(jià)格昂貴，不利于學(xué)生對(duì)光電定向及其實(shí)際應(yīng)用的認(rèn)識(shí)和教師教學(xué)質(zhì)量的提高。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中現(xiàn)有位置敏感探測(cè)器實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀功能簡(jiǎn)單、價(jià)格昂貴等缺陷，提供了一種用于學(xué)生實(shí)驗(yàn)的位置敏感探測(cè)器綜合實(shí)驗(yàn)儀，該實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合，功能多樣，操作簡(jiǎn)單且實(shí)現(xiàn)成本低。
[0004]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
[0005]提供一種位置敏感探測(cè)器綜合實(shí)驗(yàn)儀，包括探測(cè)器調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、信號(hào)處理電路和IXD顯示器；
[0006]其中，探測(cè)器調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括安裝座，安裝座的一端設(shè)有手動(dòng)平移臺(tái)，手動(dòng)平移臺(tái)上設(shè)有接桿，接桿上固定有激光器，通過(guò)手動(dòng)平移臺(tái)調(diào)節(jié)接桿上激光器的位置；
[0007]安裝座的另一端固定有位置敏感探測(cè)器，激光器產(chǎn)生激光信號(hào)照射到位置敏感探測(cè)器上，位置敏感探測(cè)器的兩路信號(hào)線通過(guò)信號(hào)線接口與信號(hào)處理電路連接；
[0008]信號(hào)處理電路包括電源管理模塊、信號(hào)處理模塊和數(shù)據(jù)采集模塊，電源管理模塊與激光器連接，為其提供工作電壓；信號(hào)處理模塊包括運(yùn)算放大器、加減法電路和調(diào)整電路，運(yùn)算放大器對(duì)位置敏感探測(cè)器輸出的兩路電流進(jìn)行放大和Ι/v變換，經(jīng)變換后的電壓信號(hào)通過(guò)加減法電路進(jìn)行加、減運(yùn)算，調(diào)整電路對(duì)加減法電路的輸出信號(hào)進(jìn)行電平抬升和相位調(diào)整，最后將調(diào)整后的信號(hào)送入數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并發(fā)送給微處理器；
[0009]微處理器與IXD顯示器連接，微處理器上設(shè)有串口通訊及程序燒寫(xiě)模塊，通過(guò)該串口通訊及程序燒寫(xiě)模塊進(jìn)行程序燒寫(xiě)。
[0010]本實(shí)用新型所述的位置敏感探測(cè)器綜合實(shí)驗(yàn)儀中，該信號(hào)處理電路還包括信號(hào)處理電路測(cè)試區(qū)。
[0011]本實(shí)用新型所述的位置敏感探測(cè)器綜合實(shí)驗(yàn)儀中，該信號(hào)處理電路還包括擴(kuò)展開(kāi)發(fā)模塊，該擴(kuò)展開(kāi)發(fā)模塊上設(shè)有供使用者搭建信號(hào)處理電路的預(yù)留獨(dú)立器件及與每個(gè)獨(dú)立器件對(duì)應(yīng)的插接口。
[0012]本實(shí)用新型所述的位置敏感探測(cè)器綜合實(shí)驗(yàn)儀中，該綜合試驗(yàn)儀還包括上位機(jī)，微處理器上設(shè)有USB通信接口模塊，該上位機(jī)通過(guò)USB通信接口模塊與微處理器連接。
[0013]本實(shí)用新型所述的位置敏感探測(cè)器綜合實(shí)驗(yàn)儀中，該綜合試驗(yàn)儀還包括電壓表和電流表。
[0014]本實(shí)用新型所述的位置敏感探測(cè)器綜合實(shí)驗(yàn)儀中，運(yùn)算放大器使用LF353進(jìn)行信號(hào)放大，該運(yùn)算放大器中的反饋電阻為滑阻。
[0015]本實(shí)用新型產(chǎn)生的有益效果是:本實(shí)用新型采用位置敏感探測(cè)器產(chǎn)生兩路與光信號(hào)對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，通過(guò)一維位置敏感探測(cè)器的信號(hào)處理電路對(duì)兩路電信號(hào)進(jìn)行處理，可以得到光斑能量中心位置。本實(shí)用新型的光電定向方式實(shí)現(xiàn)直觀、快速定位跟蹤目標(biāo)方位。采集的數(shù)據(jù)可以使用微處理器進(jìn)行處理并使用IXD進(jìn)行位置顯示，也可以使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和位置顯示。能夠?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單、直觀、快速、準(zhǔn)確的定位跟蹤目標(biāo)，與實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合、功能多樣、啟發(fā)性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)成本低，能夠引導(dǎo)學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)原理，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新精神，能使教師將書(shū)本知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，提高授課質(zhì)量。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中:
[0017]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例位置敏感探測(cè)器實(shí)驗(yàn)儀的結(jié)構(gòu)框圖；
[0018]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例位置敏感探測(cè)器實(shí)驗(yàn)儀的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例信號(hào)處理電路結(jié)構(gòu)圖；
[0020]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例信號(hào)處理電路模擬部分原理圖；
[0021]圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例信號(hào)處理電路數(shù)字部分原理圖；
[0022]圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例USB通信流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0024]如圖1所示，位置敏感探測(cè)器實(shí)驗(yàn)儀主要包括探測(cè)器調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)11、信號(hào)處理電路12和LCD顯示器13，使用激光器作光源，位置敏感探測(cè)器作為光電探測(cè)接收器測(cè)量光斑中心位置和光強(qiáng)等信息。
[0025]其中，探測(cè)器調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括安裝座26，安裝座26的一端設(shè)有手動(dòng)平移臺(tái)24，手動(dòng)平移臺(tái)24上設(shè)有接桿23，接桿23上固定有激光器21，通過(guò)手動(dòng)平移臺(tái)24調(diào)節(jié)接桿23上激光器的位置；本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，激光器21外設(shè)有激光器套筒27。接桿23外設(shè)有接桿套筒210。激光器21可采用650nm紅光點(diǎn)狀激光器，位置敏感探測(cè)器22使用國(guó)產(chǎn)HY0108，有效光敏面長(zhǎng)度為8mm。
[0026]手動(dòng)平移臺(tái)24可選用北京微納光科儀器有限公司的WN101TM13L，水平方向行程13mm、最小刻度0.01mm、精度5um，可以完成對(duì)激光器位置的精確調(diào)節(jié)。位置敏感探測(cè)器22直接安裝在安裝座26上，其高度不可調(diào)節(jié)。
[0027]安裝座26的另一端固定有位置敏感探測(cè)器22，激光器21產(chǎn)生激光信號(hào)照射到位置敏感探測(cè)器22上，位置敏感探測(cè)器22的兩路信號(hào)線通過(guò)信號(hào)線接口 25與信號(hào)處理電路連接；信號(hào)線接口 25包括地線、位置敏感探測(cè)器22的兩路信號(hào)線及一路電源線以及為激光器提供工作電壓的電源線。
[0028]信號(hào)處理電路包括電源管理模塊301、信號(hào)處理模塊302和數(shù)據(jù)采集模塊304，電源管理模塊301與激光器連接，為其提供工作電壓；信號(hào)處理模塊302包括運(yùn)算放大器、加減法電路和調(diào)整電路，運(yùn)算放大器對(duì)位置敏感探測(cè)器22輸出的兩路電流進(jìn)行放大和I/V變換，經(jīng)變換后的電壓信號(hào)通過(guò)加減法電路進(jìn)行加、減運(yùn)算，調(diào)整電路對(duì)加減法電路的輸出信號(hào)進(jìn)行電平抬升和相位調(diào)整，最后將調(diào)整后的信號(hào)送入數(shù)據(jù)采集模塊304進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并發(fā)送給微處理器；
[0029]微處理器與IXD顯示器連接，微處理器上設(shè)有串口通訊及程序燒寫(xiě)模塊308，通過(guò)該串口通訊及程序燒寫(xiě)模塊308進(jìn)行程序燒寫(xiě)。
[0030]本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，如圖3所示，該綜合試驗(yàn)儀還設(shè)有獨(dú)立的電壓表306和電流表307，用于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的電壓和電流測(cè)試。該綜合試驗(yàn)儀還包括上位機(jī)，微處理器上設(shè)有USB通信接口模塊309，該上位機(jī)通過(guò)USB通信接口模塊309與微處理器連接。
[0031]激光器21產(chǎn)生激光信號(hào)照射到位置敏感探測(cè)器22上，若使PSD工作在反向偏置狀態(tài)，設(shè)光斑中心距原點(diǎn)的距離為X，流過(guò)N型層上電極的電流為I，流過(guò)兩電極的電流分別為I1和12，PSD光敏面長(zhǎng)度為2L，則有如下關(guān)系:
[0032]I = I^I2 (I)
[0033]

【權(quán)利要求】
1.一種位置敏感探測(cè)器綜合實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于，包括探測(cè)器調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、信號(hào)處理電路和IXD顯示器； 其中，探測(cè)器調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括安裝座(26)，安裝座(26)的一端設(shè)有手動(dòng)平移臺(tái)(24)，手動(dòng)平移臺(tái)(24)上設(shè)有接桿(23)，接桿(23)上固定有激光器(21)，通過(guò)手動(dòng)平移臺(tái)(24)調(diào)節(jié)接桿(23)上激光器的位置； 安裝座(26)的另一端固定有位置敏感探測(cè)器(22)，激光器(21)產(chǎn)生激光信號(hào)照射到位置敏感探測(cè)器(22)上，位置敏感探測(cè)器(22)的兩路信號(hào)線通過(guò)信號(hào)線接口與信號(hào)處理電路連接； 信號(hào)處理電路包括電源管理模塊(301)、信號(hào)處理模塊(302)和數(shù)據(jù)采集模塊(304)，電源管理模塊(301)與激光器連接，為其提供工作電壓；信號(hào)處理模塊(302)包括運(yùn)算放大器、加減法電路和調(diào)整電路，運(yùn)算放大器對(duì)位置敏感探測(cè)器(22)輸出的兩路電流進(jìn)行放大和I/V變換，經(jīng)變換后的電壓信號(hào)通過(guò)加減法電路進(jìn)行加、減運(yùn)算，調(diào)整電路對(duì)加減法電路的輸出信號(hào)進(jìn)行電平抬升和相位調(diào)整，最后將調(diào)整后的信號(hào)送入數(shù)據(jù)采集模塊(304)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并發(fā)送給微處理器； 微處理器與IXD顯示器連接，微處理器上設(shè)有串口通訊及程序燒寫(xiě)模塊(308)，通過(guò)該串口通訊及程序燒寫(xiě)模塊(308)進(jìn)行程序燒寫(xiě)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位置敏感探測(cè)器綜合實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于，該信號(hào)處理電路還包括信號(hào)處理電路測(cè)試區(qū)(303)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位置敏感探測(cè)器綜合實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于，該信號(hào)處理電路還包括擴(kuò)展開(kāi)發(fā)模塊(305)，該擴(kuò)展開(kāi)發(fā)模塊(305)上設(shè)有供使用者搭建信號(hào)處理電路的預(yù)留獨(dú)立器件及與每個(gè)獨(dú)立器件對(duì)應(yīng)的插接口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位置敏感探測(cè)器綜合實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于，該綜合試驗(yàn)儀還包括上位機(jī)，微處理器上設(shè)有USB通信接口模塊(309)，該上位機(jī)通過(guò)USB通信接口模塊(309)與微處理器連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位置敏感探測(cè)器綜合實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于，該綜合試驗(yàn)儀還包括電壓表(306)和電流表(307)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位置敏感探測(cè)器綜合實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于，運(yùn)算放大器使用LF353進(jìn)行信號(hào)放大，該運(yùn)算放大器中的反饋電阻為滑阻。
【文檔編號(hào)】G09B23/18GK203858375SQ201420272793
【公開(kāi)日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年5月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月26日
【發(fā)明者】楊應(yīng)平, 陳夢(mèng)葦, 胡昌奎, 賈信庭, 胡靖華 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)